JP6159572B2

JP6159572B2 - トルク伝達装置

Info

Publication number: JP6159572B2
Application number: JP2013100844A
Authority: JP
Inventors: 祐二片山; 未知宏小松
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: JP2014222069A

Description

本発明は、トルクを伝達するトルク伝達装置に関する。

トルク伝達装置として、例えば、特許文献１には、ＦＲＰ製駆動シャフトが開示されている。図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、このＦＲＰ製駆動シャフト１は、ＦＲＰ製円筒（シャフト本体）２と、ＦＲＰ製円筒２の両端部に圧入される金属製の端部ジョイント３と、ＦＲＰ製円筒２の外周面に固定されるアウタカラー４とから構成される。なお、図５（ａ）、（ｂ）では、ＦＲＰ製円筒２の一端部側のみを図示し、他端部側の図示を省略している。

このＦＲＰ製駆動シャフト１では、シャフト本体であるＦＲＰ製円筒２に対して端部ジョイント３を固定するために、端部ジョイント３の外周面にセレーション部５が設けられている。また、ＦＲＰ製円筒２の外周面に対してアウタカラー４を固定するために、端部ジョイント３に側面視して小判形状からなる非円形断面軸部６を設けると共に、アウタカラー４に前記非円形断面軸部６と係合する非円形係合穴７を設けている。

特開２０１１−５２７１９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたＦＲＰ製駆動シャフト１では、端部ジョイント３に対し、ＦＲＰ製内筒用の固定部（セレーション部５）と、アウタカラー用の固定部（非円形断面軸部６）とをそれぞれ別個に加工する必要があると共に、アウタカラー自体にも特別の加工（非円形係合穴７を設ける加工）をする必要がある。

このため、特許文献１に開示されたＦＲＰ製駆動シャフト１では、加工工程が多くなると共に、装置自体の構成も複雑となる。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、装置自体の構成を簡素化して加工工程を簡略化することが可能なトルク伝達装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、一側から他側へトルクを伝達する端部ジョイントと、前記端部ジョイントの外周面に形成されたセレーション部の一部に内周面が嵌合するＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製円筒と、前記端部ジョイントと前記ＦＲＰ製円筒とを接続するアウタカラーと、を備えるトルク伝達装置において、前記アウタカラーは、大径部と小径部とを有し、前記アウタカラーの前記大径部を前記ＦＲＰ製円筒の外周面に結合すると共に、前記アウタカラーの前記小径部を前記端部ジョイントの前記セレーション部に結合し、前記大径部は、円筒状のスリーブを有し、前記スリーブは、前記端部ジョイントの軸線と略平行に延在し、前記スリーブの内周面と前記セレーション部の外径面との間に前記ＦＲＰ製円筒の端部が介装され、前記アウタカラーの前記小径部と前記端部ジョイントの前記セレーション部との間には、クリアランスが設けられ、前記小径部の軸方向に沿った前記端部ジョイント側の端面と、前記セレーション部の軸方向に沿った前記端部ジョイント側の端面とは、面一又は略面一に設けられ、前記スリーブの内周面と前記セレーション部の外径面との間、前記ＦＲＰ製円筒の端部と前記アウタカラーの内壁面との間、及び、前記小径部と前記セレーション部との間の前記クリアランスには、接着剤が介装され、前記接着剤で形成された膜は、前記大径部の軸方向に沿った前記ＦＲＰ製円筒側の端面から、前記小径部の軸方向に沿った前記端部ジョイント側の端面まで連続していることを特徴とする。

本発明によれば、端部ジョイントとＦＲＰ製円筒との固定、及び、端部ジョイントとアウタカラーとの固定との両方の固定を、端部ジョイントに設けられたセレーション部が担うことにより、端部ジョイントに特別な固定部（図５に示される非円形断面軸部６）を加工することが不要となる。

従って、本発明では、端部ジョイントのセレーション部の一部とその一部を除いたセレーション部の残部とにより、端部ジョイントとＦＲＰ製円筒との固定、及び、端部ジョイントとアウタカラーとの固定を完了することができ、端部ジョイントに対する加工工程を従来技術と比較して削減することができる。また、本発明では、従来技術のようにアウタカラー自体への特別な加工（非円形係合穴７を設ける加工）が不要となるため、より一層加工工程を削減することができる。この結果、本発明では、装置自体の構成を簡素化して加工工程を簡略化することができる。

本発明によれば、例えば、組付時にＦＲＰ製円筒の端部の外周面に接着剤を塗布すると、スリーブの内周面に対しＦＲＰ製円筒の外周面が接着されて固定されると共に、セレーション部の外径面に対しＦＲＰ製円筒の内周面が圧入されて固定される。この結果、ＦＲＰ製円筒の内周側と外周側との両方の固定部により、ＦＲＰ製円筒と端部ジョイントとが強固に固定され、トルク（例えば、回転トルクや捩れトルク等）の伝達を円滑に遂行することができる。

また、本発明によれば、アウタカラーの大径部及び小径部の全部にわたって接着剤の膜を連続して設けることで、結合強度を向上させることができる。
さらに、本発明によれば、アウタカラーの小径部と端部ジョイントのセレーション部との間に設けられるクリアランスを介して、例えば、接着剤中に含有する気泡を外部に排出することができる。なお、本発明において、「大径部」、「小径部」は、それぞれ、アウタカラーの内径部分をいう。
さらにまた、本発明によれば、クリアランスを介して進入する接着剤によりアウタカラーとセレーション部との間に膜が介在するため、異種金属同士が非接触状態となり、電食が発生することを抑制することができる。

本発明では、装置自体の構成を簡素化して加工工程を簡略化することが可能なトルク伝達装置を得ることができる。

本発明の実施形態に係るトルク伝達装置の斜視図である。図１に示すトルク伝達装置の分解斜視図である。（ａ）は、図１に示すトルク伝達装置の軸方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大縦断面図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係るトルク伝達装置の組付工程を示す説明図である。（ａ）は、従来技術に係るＦＲＰ製駆動シャフトの一端部の分解斜視図、（（ｂ）は、（ａ）に示すＦＲＰ駆動シャフトの一端部の軸方向に沿った縦断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るトルク伝達装置の斜視図、図２は、図１に示すトルク伝達装置の分解斜視図、図３（ａ）は、図１に示すトルク伝達装置の軸方向に沿った縦断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の部分拡大縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るトルク伝達装置１０は、シャフト本体であるＦＲＰ製円筒１８の両端部に、それぞれ同一の端部ジョイント１２がアウタカラー２０を介して配置されている。このため、一方の構成について詳細に説明し、他方の構成について同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

また、本実施形態では、トルク伝達装置１０の一例として、回転トルクを伝達するドライブシャフトを用いて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図示しないプロペラシャフトやスタビライザ等のトルク伝達手段に適用することが可能である。

図２及び図３に示されるように、トルク伝達装置１０は、一側から他側へ回転トルクを伝達する端部ジョイント１２と、端部ジョイント１２の外周面に形成されたセレーション部１４の一部に内周面１６が嵌合するＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製円筒（シャフト本体）１８と、端部ジョイント１２とＦＲＰ製円筒１８とを接続するアウタカラー２０とを備えて構成されている。

ＦＲＰ製円筒１８は、貫通孔が形成された中空の円筒体からなり、例えば、炭素繊維を熱硬化性樹脂シート中に含浸させて形成された複数のプリプレグを筒状に巻回して熱硬化させた複数のＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）層により構成される。なお、短繊維の炭素繊維が樹脂に分散されたものを射出成形して、ＦＲＰ製円筒１８としてもよい。

端部ジョイント１２は、金属製材料で形成され、中実のロッド状に形成される軸部２２と、軸部２２の軸方向に連続しＦＲＰ製円筒１８の端部の内周面１６内に圧入されるセレーション部１４とから構成される。セレーション部１４の外径面３４には、例えば、三角歯セレーションやインボリュートセレーション等のセレーションが形成される。なお、本実施形態では、セレーション部１４を端部ジョイントの軸方向に沿って一体に形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、セレーション部１４を端部ジョイント１２の軸方向に沿って複数に分割した多数のリング状に構成してもよい。

アウタカラー２０は、金属製材料で形成され、大径部２４と小径部２６とを有する環状体によって構成される。大径部２４と小径部２６とは、軸方向に沿って一体的に連続して形成される。大径部２４は、比較的に大径な環状体からなり、円形状の大径な開口部２８を有する（図２参照）。なお、本実施形態において、大径部２４とは、アウタカラー２０の内径が比較的に大径な部分、小径部２６とは、アウタカラー２０の内径が比較的に小径な部分を示している。

大径部２４は、円筒状のスリーブ３０を有し、このスリーブ３０は、端部ジョイント１２の軸線と略平行に延在するように設けられる。スリーブ３０の内周面３２とセレーション部１４の外径面３４との間には、ＦＲＰ製円筒１８の挿入側端部１８ａが介装される環状間隙３６（図４（ｂ）参照）が設けられる。

小径部２６は、比較的に小径な環状体からなり、円形状の小径な開口部３８を有する（図２参照）。小径部２６の内壁には、図３（ｂ）に示されるように、端部ジョイント１２のセレーション部１４の一部に対して圧入される圧入部４０と、ＦＲＰ製円筒１８の端面と対向する環状側壁４２とが設けられる。アウタカラー２０の小径部２６と端部ジョイント１２のセレーション部１４との間には、後記するクリアランス４４が設けられる。

アウタカラー２０の大径部２４は、ＦＲＰ製円筒１８の外周面４６に結合して固定されている。アウタカラー２０の小径部２６は、端部ジョイント１２のセレーション部１４の一部に結合して固定されている。ＦＲＰ製円筒１８の端部は、端部ジョイント１２のセレーション部１４の一部を除いた残部に圧入して固定されると共に、後記する接着剤４８を介してアウタカラー２０のスリーブ３０の内周面３２に接着して固定される（図３（ｂ）参照）。

このように、本実施形態では、端部ジョイント１２とＦＲＰ製円筒１８との固定部、及び、端部ジョイント１２とアウタカラー２０との固定部の両方の固定部を、端部ジョイント１２のセレーション部１４で行うように構成されている（図３（ｂ）参照）。なお、アウタカラー２０の外周面には、半径外方向に向かって拡径する図示しないフランジ部を設けてもよい。

本実施形態に係るトルク伝達装置１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

本実施形態に係るトルク伝達装置１０は、ドライブシャフトとして機能するものであり、例えば、一方の端部ジョイント１２の軸部２２に図示しないインボード側等速ジョイント及びデファレンシャル装置を介してエンジン（図示せず）が連結されると共に、他方の端部ジョイント１２の軸部２２に図示しないアウトボード側等速ジョイントを介して車輪（図示せず）が連結される。

エンジンの回転駆動力がトルク伝達装置１０に伝達されて、トルク伝達装置１０に回転トルクが付与されると、端部ジョイント１２とＦＲＰ製円筒（シャフト本体）１８との間で回転トルクが伝達される。なお、アウタカラー２０は、端部ジョイント１２からＦＲＰ製円筒１８に対して回転トルクが付与される際、ＦＲＰ製円筒１８の内側の回転トルクと外側の回転トルクとの間での回転トルクの差を無くすために設けられている。

次に、本実施形態に係るトルク伝達装置１０の組付工程について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ組付工程を示す説明図である。

外周面に環状段差部５０を有する略円筒状の圧入治具５２を準備し、圧入治具５２を図示しない固定部材に固定しておく。圧入治具５２は、環状段差部５０を境界とする小径円筒部５４と、大径フランジ部５６とが軸方向に沿って一体的に設けられている。

図４（ａ）に示されるように、圧入治具５２を端部ジョイント１２のセレーション部１４の所定位置に装着した状態において、アウタカラー２０を端部ジョイント１２の軸部２２の軸方向（矢印方向）に沿って挿通させ、アウタカラー２０の圧入部４０を端部ジョイント１２のセレーション部１４に対して圧入して固定する。アウタカラー２０の大径部２４（スリーブ３０）は、圧入治具５２の小径円筒部５４に挿入され、大径部２４の挿入側端面２４ａが圧入治具５２の環状段差部５０に当接することで、アウタカラー２０の軸方向への変位が規制される。なお、アウタカラー２０の圧入部４０が端部ジョイント１２のセレーション部１４に圧入して固定される際、セレーション部１４がアウタカラー２０よりも硬質に形成されているため、セレーション部１４のセレーション形状が圧入部４０の内周面に転写される。

圧入治具５２は、アウタカラー２０を端部ジョイント１２のセレーション部１４に対して圧入して固定する際、アウタカラー２０をセレーション部１４の所定位置に位置決めして固定する位置決め手段としての機能と、アウタカラー２０の軸方向への変位を規制するストッパとしての機能とを併有する。

アウタカラー２０の内壁に形成された圧入部４０が端部ジョイント１２のセレーション部１４に圧入されてアウタカラー２０がセレーション部１４の所定位置（軸方向に沿った端部）に固定される。その際、アウタカラー２０の小径部２６の軸方向に沿った端面とセレーション部１４の軸方向に沿った端面とが面一又は略面一となる（図４（ｂ）参照）。なお、アウタカラー２０が端部ジョイント１２のセレーション部１４に固定された後、圧入治具５２は、セレーション部１４から抜脱される。

続いて、図４（ｂ）に示されるように、図示しない接着剤塗布手段を介して挿入側端部１８ａの外周面に接着剤４８が塗布されたＦＲＰ製円筒１８を、アウタカラー２０の挿入方向と反対方向（矢印方向）から端部ジョイント１２のセレーション部１４に対して圧入する。ＦＲＰ製円筒１８の挿入側端部１８ａは、スリーブ３０の内周面３２とセレーション部１４の外径面３４との間に形成された環状間隙３６内に挿入され、環状側壁４２に当接してその変位が規制されて所定位置に固定される。

なお、圧入治具５２の小径円筒部５４の径方向の肉厚（Ｔ１）は、ＦＲＰ製円筒１８の挿入側端部１８ａの径方向の肉厚（Ｔ２）と接着剤４８の膜厚（α）（図３（ｂ）参照）との合計寸法（Ｔ１＝Ｔ２＋α）に設定されている。

このように設定することで、端部ジョイント１２のセレーション部１４の外径面３４とアウタカラー２０（スリーブ３０）の内周面３２との間に、接着剤４８の膜厚（α）となる所定の間隙を予め形成することができる。この結果、ＦＲＰ製円筒１８とアウタカラー２０との接着性能を向上させ、ＦＲＰ製円筒１８とアウタカラー２０とを確実に且つ強固に接着することができる。また、所定の間隙は、周方向に沿って均一に設定されるため、接着剤４８の膜厚を均一に形成することができる。

ＦＲＰ製円筒１８の内周面がアウタカラー２０のセレーション部１４に対して圧入される際、金属製のアウタカラー２０よりもＦＲＰ製円筒１８が比較的に軟質な材料で形成されているため、ＦＲＰ製円筒１８の内周面に対してセレーション部１４のセレーション形状が転写される。この結果、ＦＲＰ製円筒１８とアウタカラー２０とを互いに強固に圧入嵌合することで、回り止めを行なうことができる。

ＦＲＰ製円筒１８の挿入側端部１８ａの外周面に塗布された接着剤４８は、クリアランス４４を介してアウタカラー２０の圧入部４０と端部ジョイント１２のセレーション部１４との間に進入する（図３（ｂ）参照）。この場合、例えば、接着剤４８に含有される気泡を、前記クリアランス４４を介して外部に排出することができる。

また、例えば、端部ジョイント１２とアウタカラー２０とを異種金属（例えば、鉄鋼とアルミニウム）で形成した場合、異種金属同士のイオン化傾向に基づく電位差によって電食が発生するおそれがある。本実施形態では、クリアランス４４を介して進入する接着剤４８によりアウタカラー２０の圧入部４０と端部ジョイント１２のセレーション部１４との間に接着剤４８の膜が介在するため、異種金属同士が非接触状態となり、電食が発生することを抑制することができる。

本実施形態では、端部ジョイント１２とＦＲＰ製円筒１８との固定部、及び、端部ジョイント１２とアウタカラー２０との固定部との両方の固定部を、端部ジョイント１２に設けられたセレーション部１４が担うことにより、端部ジョイント１２に特別な固定部（図５に示される非円形断面軸部６）を加工することが不要となる。

従って、本実施形態では、端部ジョイント１２のセレーション部１４の一部とその一部を除いたセレーション部１４の残部とにより、端部ジョイント１２とＦＲＰ製円筒１８との固定部、及び、端部ジョイント１２とアウタカラー２０との固定部を併設することができ、端部ジョイント１２に対する加工工程を従来技術と比較して削減することができる。

また、本実施形態では、従来技術のようなアウタカラー４自体への特別な加工（図５に示される非円形係合穴７を設ける加工）が不要となるため、より一層加工工程を削減することができる。この結果、本実施形態では、装置自体の構成を簡素化して加工工程を簡略化することができる。

さらに、本実施形態では、組付時にＦＲＰ製円筒１８の挿入側端部１８ａの外周面に接着剤４８を塗布することで、スリーブ３０の内周面３２に対しＦＲＰ製円筒１８の外周面が接着されて固定されると共に、セレーション部１４の外径面３４に対しＦＲＰ製円筒１８の内周面１６が圧入されて固定される。この結果、本実施形態では、ＦＲＰ製円筒１８の内周側と外周側との両方の固定部により、ＦＲＰ製円筒１８と端部ジョイント１２とが強固に固定され、回転トルクの伝達を円滑に遂行することができる。

さらにまた、本実施形態では、アウタカラー２０の小径部２６と端部ジョイント１２のセレーション部１４との間に設けられるクリアランス４４を介して、接着剤４８中に含有する気泡を外部に円滑に排出することができる。

１０トルク伝達装置
１２端部ジョイント
１４セレーション部
１６（ＦＲＰ製円筒の）内周面
１８ＦＲＰ製円筒
２０アウタカラー
２４大径部
２６小径部
３０スリーブ
３２（スリーブの）内周面
４４クリアランス

Claims

一側から他側へトルクを伝達する端部ジョイントと、
前記端部ジョイントの外周面に形成されたセレーション部の一部に内周面が嵌合するＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製円筒と、
前記端部ジョイントと前記ＦＲＰ製円筒とを接続するアウタカラーと、
を備えるトルク伝達装置において、
前記アウタカラーは、大径部と小径部とを有し、
前記アウタカラーの前記大径部を前記ＦＲＰ製円筒の外周面に結合すると共に、前記アウタカラーの前記小径部を前記端部ジョイントの前記セレーション部に結合し、
前記大径部は、円筒状のスリーブを有し、
前記スリーブは、前記端部ジョイントの軸線と略平行に延在し、前記スリーブの内周面と前記セレーション部の外径面との間に前記ＦＲＰ製円筒の端部が介装され、
前記アウタカラーの前記小径部と前記端部ジョイントの前記セレーション部との間には、クリアランスが設けられ、
前記小径部の軸方向に沿った前記端部ジョイント側の端面と、前記セレーション部の軸方向に沿った前記端部ジョイント側の端面とは、面一又は略面一に設けられ、
前記スリーブの内周面と前記セレーション部の外径面との間、前記ＦＲＰ製円筒の端部と前記アウタカラーの内壁面との間、及び、前記小径部と前記セレーション部との間の前記クリアランスには、接着剤が介装され、
前記接着剤で形成された膜は、前記大径部の軸方向に沿った前記ＦＲＰ製円筒側の端面から、前記小径部の軸方向に沿った前記端部ジョイント側の端面まで連続していることを特徴とするトルク伝達装置。
請求項１記載のトルク伝達装置において、
前記スリーブの内周面と前記セレーション部の外径面との間には、前記ＦＲＰ製円筒の端部が結合される環状間隙が設けられ、
前記環状間隙の径方向の寸法（Ｔ１）は、前記ＦＲＰ製円筒の端部の肉厚（Ｔ２）と前記接着剤の膜厚（α）との合計寸法（Ｔ１＝Ｔ２＋α）に設定されていることを特徴とするトルク伝達装置。